EXPERIMENTOS DIDÁTICO-CIENTÍFICOS EM LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA PARA O ENSINO MÉDIO

## EXPERIMENTOS DIDÁTICO-CIENTÍFICOS EM LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA PARA O ENSINO MÉDIO

## Fernanda Sauzem Wesendonk 1 , Eduardo Adolfo Terrazzan 2

1 Universidade Federal de Santa Maria, fesauzem@hotmail.com

2 Universidade Federal de Santa Maria, terraedu@yahoo.com.br

## Resumo

Buscamos, com essa pesquisa, estudar as formas de apresentação de Experimentos Didático-Científicos em Livros Didáticos de Física para o Ensino Médio. Considerando a natureza das informações coletadas para essa investigação, classificamos nossa pesquisa como de natureza qualitativa. Utilizamos como fonte de informação: documentos (Livros Didáticos de Física recomendadas pelo PNLD 2012 Ensino Médio). O instrumento utilizado para a coleta de informações nessa fonte foi um Roteiro de Análise Textual. A pesquisa envolveu os 10 livros de Física recomendados pelo PNLD 2012, nos quais identificamos, caracterizamos e analisamos 320 Experimentos Didático-Científicos. Pelas análises realizadas, podemos afirmar que, de modo geral, os experimentos costumam estar estruturados a partir de um roteiro fechado, tipo 'receita de bolo', nos quais se privilegia a descrição dos materiais necessários, assim como dos procedimentos que devem ser seguidos para o desenvolvimento das atividades Além disso, percebemos que os Experimentos Didático-Científicos identificados possuem o papel de complementar ou verificar um determinado assunto previamente estudado. Dessa forma, o aluno pode ser levado a perceber, erroneamente, que a ciência é constituída por um conjunto de conhecimentos prontos, acabados e descontextualizados historicamente. A fim de superar esses limites, acreditamos ser importante a sugestão, nos Livros Didáticos, de Experimentos Didático-Científicos baseados em uma visão construtivista de experimentação, a qual concebe o aluno como protagonista em todas as fases de realização do experimento.

Palavras-chave : Experimentos Didático-Científicos, Livros Didáticos, Programa Nacional do Livro Didático, Ensino de Física.

## Introdução

- O Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) reúne dentro do conjunto de seus objetivos, a avaliação, aquisição e distribuição sistemática e regular de livros didáticos, com recursos do Governo Federal, a todos os alunos e professores (individualmente) de Escolas Públicas de Educação Básica de todo o país.

Pesquisas realizadas nos últimos vinte anos apontam o desenvolvimento e a consolidação do PNLD, indicando tanto seus avanços, como suas limitações. Assim, devido (1) à amplitude que o PNLD assumiu no país; (2) ao fato de que o PNLD está hoje consolidado e estabeleceu um mecanismo próprio de escolha dos livros pelos professores; (3) à presença dos Livros Didáticos estar reafirmada, no contexto escolar, como decorrência da implementação do PNLD; (4) à Experimentação ser parte integrante de qualquer processo de produção de conhecimento nas Ciências Naturais; portanto fazer parte da construção e evolução dessa área; consideramos de suma importância situar como objeto deste estudo a incidência de Experimentos Didático-Científicos em Livros Didáticos para o Ensino Médio .

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20 a 25 de janeiro de 2013

Diante disso, centramos nosso objetivo no estudo sobre as formas de apresentação de Experimentos Didático-Científicos em Livros Didáticos de Física para o Ensino Médio.

## Experimentos Didático-Científicos no Ensino de Ciências

Encontramos, na literatura da área de Ensino de Ciências, diferentes pontos de vista em relação ao papel do experimento durante o processo de ensino/aprendizagem dessa área. Para Espinoza (2010), o experimento

constitui um artifício didático que não é proposto com o intuito de motivar, imitar ou mostrar como se produz conhecimento científico, mas que representa, na verdade, uma estratégia, para favorecer o aprendizado, estratégia essa que fica principalmente a cargo do aluno (p.83).

Porém, apenas propor experimentos não basta: a maneira como se propõe, as questões propostas, as discussões e reflexões geradas determinarão se realmente o experimento se constituirá em um recurso eficaz para o ensino. Diante disso, Espinoza (2010) afirma que o quê está em jogo são as decisões didáticas que devem ser tomadas para a sua realização. Faz-se necessário refletir se as possibilidades oferecidas pelo experimento não são oferecidas ou, até mesmo, melhor oferecidas por outro(s) recurso(s) didático(s).

Utilizamos a denominação 'Experimentos Didático-Científicos', já que entendemos que o Experimento é didático, uma vez que combina ações intencionalmente pensadas a serem realizadas para efetivar a transmissão do conjunto de elementos culturais selecionado. E é científico na medida em que se refere a conhecimentos construídos no âmbito da Ciência.

Para Hodson (1988), os Experimentos Didático-Científicos podem ser definidos como sendo atividades que demandam a identificação e o controle de variáveis. Para Lopes (2004), essa definição é muito restritiva, já que o controle/manipulação de variáveis também faz parte do processo de desenvolvimento de Atividades Didáticas que envolvam outros tipos recursos, como por exemplo, Atividades Didáticas baseadas em Problema de Lápis e Papel.

De acordo com isso, definimos Experimentos Didático-Científicos como montagens/dispositivos/aparatos que se referem a uma determinada situação da realidade natural (fenômeno ou processo) e que são acompanhados de procedimentos empíricos (qualitativos e/ou quantitativos) formando um conjunto com finalidades didático-pedagógicas, associadas a algumas possibilidades, tais como: (1) Questionar essa situação característica da realidade natural e o que os alunos sabem sobre ela; (2) Identificar e/ou controlar variáveis relevantes dessa situação e estabelecer relações entre essas variáveis; (3) Estudar/aprofundar o conhecimento sobre/construir e compartilhar conhecimentos sobre/ essa situação , tomando-a como objeto mediador entre teorias/modelos/leis/conceitos científicos e a realidade natural; (4) Resolver problemas específicos associados a essa situação da realidade natural. (Adaptado e ampliado a partir de Lopes, 2004)

De modo geral, é comum a utilização dos termos, 'Atividade Experimental', 'Atividade Prática' e 'Atividade Laboratorial' como sinônimos, já que existe a

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concepção de que todo trabalho prático é exercido no laboratório, e que todo trabalho de laboratório inclui experimentos.

Leite (2001) define 'Atividade Prática' como sendo uma atividade que envolve esforço individual ou coletivo, da qual resulta um produto. Podemos apontar como exemplos de atividades práticas: tarefas escritas, confecção de modelos, pôsteres e álbuns de recortes, assim como trabalhos no espaço da biblioteca. Além disso, para essa mesma autora, Atividade Laboratorial é toda a atividade desenvolvida no ambiente de Laboratório, ou com material de laboratório. Entendemos que a Atividade Experimental e a Atividade Laboratorial são dimensões da Atividade Prática. Entretanto, consideramos que a Atividade Laboratorial é mais abrangente que uma Atividade Experimental, uma vez que nem todo trabalho de laboratório inclui experimentos.

- O contato entre a abordagem teórica e a experiência, pode ser feito, no ambiente escolar, por meio de: Observação; Procedimentos Empíricos e Atividade Experimental.

As atividades do tipo Observação podem ser divididas em dois tipos, a saber: observação de situações e demonstração experimental. O primeiro tipo se refere à observação de situações especialmente montadas para efeito, podemos incluir, ainda, nesse grupo atividades do tipo 'visita de estudos'. Já o segundo tipo consiste em atividades em que a execução experimental cabe ao professor, ou sob o seu controle visando: mostrar um fenômeno desconhecido, mostrar a montagem experimental utilizada em uma experiência, mostrar o funcionamento/evolução temporal de uma dada situação, ilustrar a relação entre grandezas, mostrar equipamento sofisticado e/ou caro, manusear equipamento perigoso.

Atividades do tipo Procedimentos Empíricos podem ser divididas em dois tipos: Medição de grandezas e/ou parâmetros e Trabalho Laboratorial Restrito. O primeiro tipo refere-se à utilização de equipamento laboratorial, segundo um protocolo relativamente rígido, consistindo na utilização de técnicas experimentais. Já o segundo tipo refere-se à utilização de equipamento de medida segundo um protocolo relativamente rígido, para medir grandezas e/ou parâmetros.

Atividades Experimentais podem ser dividas em três tipos: Prevê-ObservaExplica, Verificação Experimental e Resolução de um Problema da realidade do aluno. O primeiro tipo se refere a atividades em que perante uma dada situação, é pedido que o aluno faça uma previsão, posteriormente ocorre o desenvolvimento da experiência pelo aluno e/ou professor e, ao final, os alunos registram e explicam o que observam, mediante auxílio ou não do professor, confrontando com a previsão inicial. O segundo tipo se refere a atividades que, geralmente, apresentam um protocolo experimental rígido e a execução do Experimento pode ser feita pelos alunos sem grande acompanhamento do professor. O terceiro tipo se refere a atividades em que a ênfase é dada a um problema, que deve ser relevante para o aluno, por eles apropriado e devidamente enquadrada pelo professor, consistindo, dessa forma, em uma pequena investigação dos alunos controlada pelo professor, com muito mais controle dos tempos e dos meios por parte dos alunos.

Os objetivos de utilização de Experimentos Didático-Científicos podem ser associados a aspectos ou dimensões características do conhecimento de uma área científica , tais como: (1) Dimensão conceitual : Auxiliar os alunos a aprender (elementos de) ciências (área científica específica); (2) Dimensão epistemológica : Aprender (elementos) sobre como a ciência (área científica específica) é construída

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e se desenvolve; (3) Dimensão metodológica : Aprender (elementos) sobre como fazer ciências (área científica específica). (Adaptado de Hodson, 1994).

## Desenvolvimento do Trabalho

Para o desenvolvimento da pesquisa utilizamos os dez Livros Didáticos (considerando os volumes 1, 2 e 3) para a componente curricular 'Física', direcionados ao Ensino Médio, recomendados pelo PNLD 2012 Ensino Médio.

Primeiramente, identificamos todos os Experimentos Didático-Científicos (EDC) presentes nesses livros. E, a partir da leitura dos experimentos identificados, iniciamos o procedimento de tratamento das informações, mediante a categorização e análise dos EDC. A categorização ocorreu mediante a utilização de um roteiro para a análise textual de Livros Didáticos. Esse roteiro é composto por critérios de classificação de EDC, elaborados a priori, mas que foram sendo aprimorados à medida que fomos lendo minuciosamente cada atividade.

## Constatações e Resultados

Nesta seção apresentamos as constatações e os resultados construídos, a partir da análise das informações coletadas nos Livros Didáticos, mediante o roteiro de análise textual de documentos.

Identificamos um total de 320 EDC em todos os Livros Didáticos analisados. Podemos observar a distribuição dos experimentos entre os livros, a partir do quadro abaixo:

Quadro 1: Distribuição de EDC entre os Livros Didáticos

É possível perceber que o número de experimentos varia conforme o livro. Isso pode ser identificado no momento em que comparamos os livros que apresentam o maior e menor número de EDC: o Livro Didático que mais apresenta (LD-F02) possui 25% do total de experimentos identificados, enquanto que o Livro didático que menos sugere EDC (LD-F05) possui 2% do total.

Os demais livros apresentam uma distribuição intermediária de experimentos em relação aos livros citados acima: o LD-F01 sugere 17% do total de experimentos, o LD-F03 sugere 3%, o LD-F04 sugere 9%, o LD-F06 sugere 10%, o LD-F07 sugere 6%, o LD-F08 5%, o LD-F09 sugere 16% e o LD-F10 8% do total de EDC.

Atribuímos essa diferença do número de EDC por Livro Didático, às características próprias do autor, que pode se propor a sugerir mais ou menos EDC, devido aos seus próprios princípios em relação à forma como ocorre o processo ensino/aprendizagem no Ensino de Física e, às suas percepções em relação à experimentação.

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Abaixo descrevemos os aspectos principais que caracterizam as formas de apresentação de EDC nos Livros Didáticos de Física recomendados pelo PNLD 2012, conforme os critérios adotados para a caracterização e análise desse recurso.

Em relação ao critério 1, 'Quanto ao tópico conceitual que o EDC se refere', temos que para o tópico de Mecânica, há a apresentação de 121/320 experimentos analisados, esse tópico abarca o maior número de EDC. Para o tópico de Física Térmica, estão propostos 47/320 experimentos. Para o tópico de Eletromagnetismo há a proposta de 83/320 EDC. O tópico conceitual de Física Ondulatória compreende 64/320 experimentos. Por fim, para o tópico conceitual de Física Moderna e Contemporânea há apenas a apresentação de 05/320 EDC analisados. Podemos atribuir a maior incidência de EDC no tópico de Mecânica, devido ao próprio material necessário para a realização dos EDC, na maior parte materiais de baixo custo e, a pouca complexidade dos elementos do campo conceitual tratados nesse tópico, perante os assuntos tratados nos demais Tópicos Conceituais. Em relação ao tópico de Física Moderna e Contemporânea, justificamos a pouca apresentação de EDC nesse tópico devido ao mesmo ser brevemente abordado nos Livros Didáticos e, além disso, ser ainda pouco tratado nas aulas de Física no Ensino Médio.

Em relação ao critério 2 'Quanto ao local de realização do EDC', percebemos que a maior parte dos EDC (253/320) não determina o local para a realização dos experimentos. Justificamos isso frente ao fato que os autores privilegiam uma apresentação dos EDC na tradicional forma de 'receitas de bolo', em que se descrevem minuciosamente os materiais a serem utilizados na atividade e os procedimentos experimentais a serem seguidos, sem dar ênfase ao local de realização dos EDC. Em relação às demais categorias, 59/320 experimentos estão sugeridos para serem realizados no ambiente escolar, essa indicação aparece explicitamente no decorrer do texto do EDC ou a subentendemos a partir de alguma informação no texto, por exemplo, realizar a atividade na presença do professor. Os EDC restantes (08/320) podem ser realizados no ambiente doméstico. Nenhum EDC apresentou de forma explícita, no decorrer do texto, que poderia ser realizado tanto no ambiente escolar, quanto no ambiente doméstico.

Em relação ao critério 3 'Quanto ao material necessário para a realização do EDC', a maior parte dos EDC (197/320) sugere materiais de baixo custo para a sua realização, enquanto 88/320 sugerem materiais de laboratório, 24/320 sugerem a utilização de materiais do tipo sucata e 11/320 não determinam o material necessário para a realização do EDC. Podemos atribuir ao grande número de EDC que necessita de materiais de baixo custo para a sua realização, ao fato de que a maior parte desses experimentos é proposta para os próprios alunos montarem o aparato experimental e realizarem a atividade. Além disso, como discutimos no critério anterior, a maior parte dos experimentos não indica o local para a sua realização, assim nada impede também que esses EDC sejam realizados pelos alunos fora do ambiente escolar, assim é mais adequado que o material necessário para a realização do EDC seja de baixo custo, conseqüentemente de maior fácil acesso pelos alunos. A sugestão de utilização de materiais típicos de laboratório é mais recorrente para o tópico conceitual de Física Térmica, uma vez que há diversas propostas de EDC que indicam materiais, como por exemplo: béquer, termômetro que mede temperatura até 100ºC. Encontramos como material de baixo custo objetos como copo de isopor, vela, entre outros. Como materiais do tipo sucata, encontramos, por exemplo, a indicação de utilização de materiais como garrafa PET,

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latinha de refrigerante, caixa de leite vazia, entre outros. E em relação à categoria 'não determina', consideramos aqueles EDC em que apenas referem-se aos materiais de forma superficial, como por exemplo, 'recipiente', mas sem especificar o tipo de recipiente.

Em relação ao critério 4 'Quanto à natureza das informações envolvidas na realização do EDC', podemos perceber que a maior parte dos EDC (176/320) se refere à informações de natureza qualitativa, 88/320 EDC envolvem tanto informações quantitativas, quanto qualitativas e, os demais, 56/320 referem-se à informações quantitativas. Podemos afirmar que, mesmo a maior parte dos EDC referir-se a informações de natureza qualitativa, o número de experimentos que envolvem informações de natureza quantitativa também é significativa, isso se justifica perante a própria natureza da disciplina curricular, por exemplo, há a sugestão de vários experimentos para se calcular valores para diferentes grandezas físicas (pode-se solicitar ao aluno o cálculo do período de oscilação de um pêndulo simples, o cálculo da distância focal de uma lente convergente).

Em relação ao critério 5 'Quanto ao processo de coleta de informações quantitativas no desenvolvimento do EDC', a maior parte das atividades (179/320) não determina quem realiza o processo de coleta de informações quantitativas durante o desenvolvimento do experimento. Isso, principalmente, porque consideramos nessa categoria os EDC que envolvem apenas informações de natureza qualitativa. Em relação às demais categorias, 139/320 experimentos envolvem a participação dos alunos no processo de coleta de informações, 01/320 envolve apenas a participação do professor na coleta e 01/320 envolve a participação tanto do professor, quanto do aluno, no processo de coleta de informações quantitativas.

Em relação ao critério 6 'Quanto ao envolvimento de cálculos numéricos no desenvolvimento do EDC', percebemos que 218/320 EDC não envolvem cálculos numéricos, enquanto que o restante, 102/320 envolvem cálculos numéricos. Da mesma forma, que no critério 4, o número de experimentos que envolvem cálculos numéricos também é elevado, isso devido à própria natureza da disciplina curricular.

Em relação ao critério 7 'Quanto à exigência para o aluno durante a realização do EDC', praticamente todos os EDC 319/320 são do tipo Verificação Experimental. Esses experimentos apresentam um protocolo experimental rígido, mas permeado por um questionamento, e a sua execução pode ser feita pelos alunos sem grande acompanhamento do professor. Apenas um EDC é do tipo Prevê-Observa-Explica, esse apareceu no LD-F09, volume 2, para o tópico conceitual de Mecânica. Esse experimento inicia com uma questão para uma dada situação: 'O que acontecerá com a plataforma ao soltar o carrinho?'. Diante disso, o aluno é solicitado a prever o que acontecerá e, após executar a atividade, verificar se sua hipótese foi confirmada e explicar o fenômeno observado.

Em relação ao critério 8 'Quanto à participação do aluno na montagem do aparato experimental do EDC', 287/320 experimentos podem ser realizados pelos alunos, 17/320 não determinam a participação do aluno na montagem do aparato experimental, em 08/320 experimentos é o professor quem monta o aparato experimental e 08/320 EDC podem ser realizados tanto pelo professor, quanto pelo aluno. Mesmo que esteja explícito no texto do EDC que o professor deve montar o experimento, esse tipo de atividade não é, necessariamente, uma demonstração, já

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que pode haver a participação do aluno em outros momentos do desenvolvimento da atividade.

Em relação ao critério 9 'Quanto à participação do aluno na realização do EDC', 304/320 experimentos podem ser realizados pelos alunos, isso pode ser justificado frente ao fato da maior parte dos experimentos estarem propostos no Livro do Aluno. E relação aos demais EDC, 06/320 podem ser realizados pelo professor, 04/320 experimentos podem ser realizados tanto pelo professor, quanto pelos alunos e 06/320 não determinam os sujeitos envolvidos no processo de realização do Experimento.

Em relação ao critério 10 'Quanto à indicação dos resultados do EDC no Livro do Aluno', temos que 124/320 indicam os resultados ao longo do texto do EDC, 18/320 indicam os resultados em uma ilustração do EDC e 177/32 experimentos não indicam os resultados. Podemos afirmar que, mesmo a maior parte dos experimentos não indicar os resultados ao longo da atividade, ainda assim o número de EDC que indica é muito elevado. Essa característica dos EDC reduz a importância do experimento, uma vez que é descartada a investigação durante a atividade, fazendo, inclusive, com que o aluno e professor não se sintam instigados a realizar a atividade, já que as respostas já estão indicadas no experimento, não necessitando o seu desenvolvimento.

Em relação ao critério 11 'Quanto à articulação do EDC com o texto principal do Livro do Aluno', percebemos que 07/320 encontram-se no início do texto principal, introduzindo e/ou problematizando o assunto de uma unidade/módulo/capítulo. 145/320 EDC encontram-se no decorrer do texto principal como parte integrante, 133/320 encontram-se ao final do texto principal como 'atividade complementar' do tratamento do assunto de uma unidade/módulo/capítulo e 35/320 EDC não indicam articulação, uma vez que são experimentos que são indicados apenas no Manual do Professor.

Em relação ao critério 12 'Quanto à existência de referências ao EDC no manual do Professor', 13/320 experimentos não são referidos no Manual do Professor, 196/320 apresentam orientações complementares para a realização do EDC proposto no Livro do Aluno, em 77/320 ocorre apenas à indicação dos resultados do EDC e em 34/320 há indicação de EDC diferentes dos indicados no Livro do Aluno.

Em relação ao critério 13 'Quanto à adequação do EDC aos temas estruturantes dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+) para o Ensino Médio', não há EDC em que a adequação ao temas estruturantes seja de forma explícita, assim classificamos os experimentos aos temas que consideramos que os mesmos melhor se adéquam. Percebemos que 124/320 experimentos referem-se à 'Movimentos: variações e conservações', 45/320 remetem ao tema 'Calor, ambiente e usos de energia', 58/320 estão relacionados à 'Som, imagem e informação', 83/320 EDC referem-se ao tema 'Equipamentos elétricos e telecomunicações, 08/320 referem-se à 'Matéria e radiação', por fim, 02/320 experimentos remetem ao tema 'Universo, Terra e vida'.

Em relação ao critério 14 'à adequação do EDC às competências dos PCN para o Ensino Médio', apenas um autor (LD-F05) apresenta explicitamente a/as competência/s as quais os EDC se referem. Percebemos a partir de nossa análise que 05/320 experimentos referem-se à competência 1, 01/320 refere-se à

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competência 2, 313/320 referem-se às competências 1 e 2 e 01/320 refere-se às competências 1, 2 e 3.

## Conclusões

Os EDC, presentes em Livros Didáticos de Física, costumam estar estruturadas com base em roteiros fechados, nos quais se privilegia a descrição dos materiais e dos procedimentos que devem ser realizados para o desenvolvimento do experimento. Além disso, um número considerável de apresentações baseadas em EDC costuma indicar seus resultados no decorrer do texto e/ou na ilustração que acompanha o texto da atividade. Esse aspecto faz com que não seja necessário o desenvolvimento do experimento tanto pelo professor, quanto pelo aluno, para a construção de seus resultados. Assim, o EDC perde seu caráter investigativo, podendo ser substituído ou, até mesmo, melhor substituído por outro tipo de recurso.

Em relação à articulação da apresentação baseada em EDC com o texto principal do Livro do Aluno, os experimentos identificados costumam desempenhar o papel de complementar ou verificar um determinado assunto previamente estudado. Dessa forma, o aluno pode ser levado a perceber, erroneamente, que a ciência é constituída por um conjunto de conhecimentos prontos, acabados e descontextualizados historicamente.

A fim de superar esses limites, consideramos importante a existência, nesses Livros Didáticos, de EDC apresentados mediante roteiros mais abertos , os quais incorporem questões problematizadoras . Também, essas apresentações de EDC devem possibilitar a realização de discussões acerca dos resultados construídos pelos alunos , a partir do desenvolvimento da atividade. Diante disso, acreditamos que o professor poderá possibilitar um espaço para que o aluno assuma, cada vez mais, o controle de sua própria aprendizagem.

## Referências

ESPINOZA, Ana Maria: (2010). Ciências na escola: novas perspectivas para formação dos alunos. Tradução de Camila Bogéa. São Paulo: Ática. [Obra Original: Las ciências naturales em el aula].

HODSON, D. Experiments in Science Teaching. Educational Philosophy and Theory , Austrália, v.20, 1988.

HODSON, D. Hacia um enfoque más crítico del trabajo de laboratorio. Enseñanza de las ciencias , Barcelona, v. 12, n. 3, 1994.

LEITE, L. O trabalho laboratorial e a avaliação das aprendizagens dos alunos. In Sequeira, M. et al. (org.), Trabalho prático e experimental na educação em Ciências . Braga: Universidade do Minho, 2000.

LOPES, J. B. Aprender e Ensinar Física . Lisboa: Fundação Calouste Gulbekian, Fundação para a Ciência e Tecnologia/MCES. (Coleção 'Textos universitários de Ciências Sociais e Humanas'). 2004.

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